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模拟球形生物胶囊如病毒衣壳蛋白1和铁蛋白2的超结构和性质，为理解它们在生命系统中的手性组装和功能作用提供了可行的途径。然而，具有类似于生物封装剂的机械性能和客体结合属性的人造多面体的立体特异性组装仍然是一个巨大的挑战。2025年1月8日，天津大学胡文平、王雨、Huang Wu、美国西北大学J. Fraser Stoddart共同通讯在Nature在线发表题为“Dynamic supramolecular snub cubes”的研究论文，该研究报道了由12个螺旋大环组成的动态超分子立体定向组装体，这些螺旋大环由144个弱C–H氢键结合在一起。
对映体纯的超分子立体定向组装体的外径为5.1纳米，包含2，712个原子和体积为6，215立方的手性空腔。左旋和右旋超分子立体定向组装体的立体定向组装是通过分级手性转移方案实现的，该方案通过非对映选择性结晶进行了简化。除了可逆的光致变色行为之外，超分子立体定向组装体在其结晶状态下还表现出可光控制的弹性和硬度。超分子立体定向组装体可以同时容纳大量的小客体分子，并将两种不同的客体分子分别封装在其框架中独特的隔间内。该研究拓展了人工超分子组装体的范围，模拟了球形生物大分子的手性超结构、动力学特征和结合性质，并建立了一种构建具有光可控力学性质的晶体材料的方法。
基于超分子多面体的球形生物包囊物，如病毒衣壳和铁蛋白，通常具有明确的立体化学结构、动态超结构和多组分结合特性。生物包囊物的所有这些特性对于执行它们的功能是必不可少的，这些功能包括吞噬和保护遗传物质、运输铁离子和调节病毒与生命系统中细胞的相互作用。化学家和材料科学家被人造多面体的设计和非共价合成所吸引。许多具有不同形状和丰富结合特性的人造超分子多面体在文献中有很好的记载，并已显示出在分子分离、反应催化和蛋白质稳定等领域的应用。然而，合成具有可调机械性能和多组分结合行为的非共价对映体超分子多面体仍然具有挑战性。在这里，研究人员报告了动态超分子缓冲立方体(SSCs)的立体特异性组装，这是一种手性阿基米德固体，具有60个棱，38个面和24个顶点，来自12个相同的溶液和固体状态的螺旋大环。每个对映体纯的snub立方体由24个[C–H F]、48个[C–H O]和72个[C–Hπ]相互作用维持。通过控制初始构件中144个立体中心的分级手性转移4，获得了左旋和右旋的snub立方体，这产生了12个螺旋大环，并最终产生拓扑手性多面体。除了具有可逆的光致变色特性之外，翘曲立方体在固态下还表现出光控弹性和硬度。snub cubes还可以将两个本质上不同的客户封装在框架的不同隔间中。这项研究在仿生生物封装材料领域迈出重要一步，为设计先进的仿生材料提供了新思路，从手性拓扑结构到动态性能和结合能力均得到了有效体现。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08266-3
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